Preview

Вопросы радиоэлектроники

Расширенный поиск
№ 5 (2019)
Скачать выпуск PDF

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

6-13 106
Аннотация

В  статье  рассматриваются  некоторые  направления  инновационной  деятельности  АО  «Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов им. М. А. Карцева» с точки зрения реализации программы «Цифровая экономика Российской Федерации». Текущий 2019 год станет годом первоочередных мероприятий по таким  направлениям программы, как «Информационная инфраструктура», «Формирование исследовательских компетенций и технологических заделов» и «Информационная безопасность». В начале статьи рассматривается деятельность предприятия с целью сохранения лидирующих позиций на рынке аппаратно-программных комплексов  и информационных технологий. Отмечается, что разработка вычислительных устройств, систем и технологий  ведется с учетом жестких требований к условиям эксплуатации и массогабаритным характеристикам аппаратуры. Далее описаны работы по созданию вычислительных устройств и систем, в частности многофункциональной  гетерогенной многопроцессорной вычислительной платформы М-17. Рассмотрены системы безопасности, технологические и аварийные регистраторы информации. Уделено внимание разработке методологии автоматизированного проектирования многослойных печатных плат на основе применения методов и алгоритмов моделирования с анализом и учетом топологических характеристик, параметров помехоустойчивости и обеспечения  целостности передачи логических сигналов субнаносекундного диапазона.

14-19 99
Аннотация

В  статье  рассматриваются  вопросы  создания  универсальной  кибернетической  платформы  для  исследования  концептуальных  решений  и  формирования  научно-технического  задела  в  области  прорывных  технологий  искусственного  интеллекта  и  робототехники.  Представлен  альтернативный  подход  к  проектированию  системы  управления  робототехническим  комплексом  в  качестве  распределенного  интеллектуального  вычислительного  комплекса,  базовой  технологией  которого  является  усовершенствованная  вычислительная  система  Advanced  computing  System  (ACS).  Описаны  краткая  история  возникновения  и  особенности  языка  Форт, а  также  рассмотрены  вариант  исполнения  Форт-машины  и ее  применение  для  построения  нейронных  сетей.  Указаны  преимущества  систем  ACS,  построенных  на  микроконтроллерных  вычислительных  модулях, в  сравнении  с  вычислительными  системами,  использующими  известные  процессоры  высокой  степени  интеграции,  которые  требуют  ресурсоемких  аппаратно-программных  средств  разработки.

20-27 97
Аннотация

Описаны  основные  требования  к  современным  системам  оперативно-диспетчерского  управления  (англ.  Supervisory  Control  And  Data  Acquisition  system,  SCADA),  в  частности  к  системам  мониторинга  сложных  промышленных  объектов.  Известно,  что  многие  роботизированные  процессы  требуют  неразрушающего  контроля  с элементами  распознавания  образов  в  рамках  единой  системы  мониторинга.  На  примере  SCADA-системы  GENESIS64  предложено  решение  на  основе  отечественной  аппаратно-программной  платформы  цифровых камер RT-XDC  компании  «РАСТР  ТЕХНОЛОДЖИ»,  позволяющее  интегрировать  в  системы  подобного  класса  любой  набор  сложных  датчиков  типа  цифровых  камер,  которые  поддерживают  стандартные  интерфейсы,  встроенную  обработку  и  анализ  данных. Также  предложены  иерархическая  модель  мониторинга  сложного  объекта  и  универсальный  способ  ее  представления  на  примере  сети  станций  Московского  метро.  Данная  модель  включает  четыре  уровня:  карты  моделей,  модели,  объектов  модели,  а  также  атрибутов  объектов.  Рассмотренные  особенности  структуры  данных,  которыми  приходится  оперировать  при  решении  общей  задачи  мониторинга, обуславливают  выбор  в пользу  отечественной  объектно-ориентированной  системы  управления  базой  данных  типа  IPR,  применяемой  в  системе  автоматизированного  проектирования  Delta  Design.  Отмеченные  результаты  были  получены  в  процессе  разработки  экспериментального  программного  обеспечения,  позволяющего  визуализировать  трехмерные  модели  и  отображать  информацию  о  выделенном  объекте  в  виде  любых  заранее  заданных  структур.

28-31 71
Аннотация

Статья посвящена вопросам проектирования высокопроизводительных вычислительных устройств параллельной обработки информации. Проблема повышения производительности вычислительных средств на один или  несколько порядков рассматривается на примере высокопроизводительной электронно-вычислительной машины М-10, которая была создана в 1970-е годы в НИИВК им. М. А. Карцева. Если в обычном компьютере способ  обработки чисел задается командами, то в М-10 способы обработки функции задавались операторами, взятыми из функционального анализа. При этом появилась возможность параллельной обработки целой информационной строки. Такие системы стали называть машинами функционально-операторного типа. Основные идеи, изложенные в статье, могут быть  интересны  разработчикам  специализированных  машин  нового  поколения,  а также инженерам, занимающимся созданием высокопроизводительных вычислительных устройств с использованием технологий вычислительных платформ.

32-38 88
Аннотация

В статье описываются современные решения, применяющиеся при создании систем технического зрения автономных робототехнических комплексов, устройства управления видеосенсорами, методы получения стереоизображения, его обработки и дальнейшего использования в навигационной системе. Представлена функциональная схема организации системы робототехнического зрения, входящей в состав разрабатываемой в АО «НИИВК  им.  М. А. Карцева»  кибернетической  платформы,  дано  краткое  описание  ее  функций  и  принципов  действия.  Предложенное решение предполагает размещение в головной части робота пары оптических сенсоров, при этом  имитируется бинокулярное стереоскопическое зрение, свойственное высшим животным. Особенностью разработки является отказ от использования лазерных, инфракрасных, радиочастотных, ультразвуковых и иных активных излучателей, что уменьшает энергетические затраты и стоимость изделий без снижения их надежности.

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

39-47 79
Аннотация

Гарантированная доставка информации по каналам связи остается актуальной задачей для целого ряда отраслей.  Однако автоматический переход на резерв для аналоговых каналов связи требует нестандартных решений. В статье  предложено устройство, в котором решение о переключении на резерв принимается на основании спектрального  анализа сигналов, передаваемых по основному и резервному каналам связи. В качестве основного рассматривается проводной канал связи, а в качестве резервного –  радиоканал беспроводного широкополосного доступа (БШД).  Сигнал, передаваемый по радиоканалу БШД, принимается за эталонный, поскольку он обеспечивает высокое качество, которое можно оптимизировать при построении сети. Расчет спектров аналоговых сигналов осуществляется  на основе быстрого преобразования Фурье, реализация которого осуществлена в блоке аналоговых сигналов (БАС)  на базе микроконтроллера STM-32. Устройство обеспечивает переход на резерв в реальном масштабе времени.

48-59 67
Аннотация

Последнее время за рубежом повышенный интерес вызывают новые нейросетевые алгоритмы гидроакустики,  например, создаются аппаратные средства для тестовых полигонов в Арктике для оценки эффективности обнаружения целей и обеспечения безопасности Севера Канады. Открытая архитектура позволяет адаптировать аппаратуру к новым угрозам или экономическим интересам. Совершенствуется не только аппаратура излучения  и приема гидроакустических систем, но и их обработки. В статье обсуждаются пути совершенствования и принципы построения специализированных вычислителей на базе аппаратной платформы ГРИФОН, обеспечивающих управление и обработку сигналов в мобильных и стационарных гидроакустических системах. Рассматривается  пример  создания  комплекса,  демонстрирующий  возможности  аппаратуры  и  перспективы  создания  вычислителей с высокими параметрами и минимальными массогабаритными характеристиками. Подробно описаны структура и принципы построения математического обеспечения вычислителей. Приводятся сравнительные  характеристики  предлагаемых  алгоритмов,  которые  могут  быть  использованы  для  оптимизации  трактов  обработки сигналов и объема цифровой аппаратуры.

60-63 68
Аннотация

В статье рассмотрены аппаратно-программный комплекс (АПК) на базе отладочного стенда, его состав, модули  и выполняемые операции. Описан способ синтезирования выходного сигнала, предложены формула и таблица  параметров для его расчета. Показаны сигналы и спектры на входе и выходе разработанного АПК. Приведены  полученные параметры быстродействия АПК на базе сигнального процессора с процессором общего назначения  и двух вариантов с процессорами общего назначения. Предлагаемый вариант АПК в 2–3 раза выигрывает в быстродействии по сравнению с вариантом на базе процессора общего назначения фирмы Intel. Это достигнуто  благодаря применению современных методов и средств программирования, модулей цифровой обработки сигналов,  а  также  оптимизации  исполняемого  кода.  Даны  рекомендации  по  дальнейшему  совершенствованию  предлагаемого комплекса, что возможно благодаря использованию современных ПЛИС и высокоскоростного  интерфейса.

64-75 257
Аннотация

Для полноценного применения научных и прикладных достижений в области бионического протезирования необходимо  предоставить  конечному  пользователю  удобный  и  естественный  интерфейс  управления  протезом.  В статье рассматриваются способы и подходы в сфере анализа сигналов, полученных посредством регистрации  электрической  активности  мышц  с  поверхности  кожи  (поверхностная  электромиография).  Подобный  сигнал  по своей природе –  нестационарный и нелинейный, зависящий от многих факторов. Интерфейс на основе поверхностной электромиографии в настоящее время имеет несколько нерешенных проблем, таких как недостаточная  точность  распознавания  (ложные  срабатывания),  а  также  сильная  задержка,  связанная  с  обработкой  и распознаванием сигнала. Поэтому актуально применение методов глубокого машинного обучения для повышения  качества  распознавания  электромиографических  сигналов.  В  ходе  исследований  был  спроектирован  и собран аппаратный комплекс, позволяющий регистрировать электрическую активность мышц, разработана  система сбора данных, а также написаны алгоритмы распознавания жестов. В итоге удовлетворительный результат удалось получить с использованием технологий сверточной нейронной сети с двумерным входом, так как  данный подход обладает явной трансляционной ориентацией. В дальнейшем планируется модификация архитектуры нейронной сети и алгоритмов обучения, а также эксперименты со структурой входных данных.

ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

76-81 93
Аннотация

Трудоемкость измерений, сложность морфологии тканей и клеток, нехватка квалифицированных специалистов  не позволяют полностью использовать диагностический потенциал микроскопических анализов биоматериалов  при массовых обследованиях населения. В статье рассмотрена технология создания автоматического сканирующего микроскопа-анализатора онкологических патологий (АСМАОП), который предполагает использовать для  обучения нейронной сети штатные телемедицинские консультации с экспертной оценкой производимых сканирующим микроскопом цифровых копий биоматериалов. Представлена схема работы АСМАОП в составе телемедицинской сети. Предложены аппаратные и системотехнические решения АСМАОП и нейроморфной платформы,  пригодной  для  реализации  методов  обучения  deep  learning.  Целью  создания  АСМАОП  является  выполнение  и оценка результатов микроскопических анализов на уровне опытных экспертов при значительном преимуществе в производительности и доступности.

82-87 75
Аннотация

Для  прогнозирования  воздушной  обстановки  предлагается  методика  моделирования  движения  воздушных  объектов,  учитывающая  влияние  на  предполагаемую  траекторию  полета  рельефа  местности  и  типа  летательного   аппарата.  На  основании  предлагаемой  методики  разработан  комплекс  программ  моделирования,  представляющий  собой  веб-информационную  систему.  Указанный  комплекс  программ  включает  в  себя  модуль  формирования  расчетных  данных  и  модуль  отображения  траектории  движения  воздушных  объектов  на  дисплее  рабочего   места  оператора.  Программный  модуль  формирования  расчетных  данных  позволяет  в  соответствии  с  заданным   сценарием  проводить  экстраполяцию  положения  объекта  в  воздушном  пространстве  и  выполнять  запись  полученной  информации  в  базу  данных.  Модуль  отображения  дает  возможность  в  реальном  масштабе  времени  формировать  на  географической  карте  траектории  движения  воздушных  объектов  и  показывать  предупреждения   об  угрозах  их  сближения  с  воздушными  судами.

88-92 63
Аннотация

В статье рассматривается пример выполнения двух проектов предприятием на определенном временном горизонте. Ставится задача оценки среднего возможного дохода от работы над проектами, а также выработки стратегии при различных ситуациях, которые могут возникнуть во время работы. Для решения указанной задачи  предложено использовать ранее описанный авторами алгоритм с применением элементов динамического программирования, цепей Маркова. Вероятности перехода из состояния в состояние предлагается находить с использованием обработки экспертных суждений. Рассматриваются вероятные ситуации, возникающие в процессе  выполнения  проектов,  возможные  доходы  и  расходы.  Продемонстрированы  методы  оценки  вероятности  событий при выполнении работ и соответствующие им способы вычисления среднего дохода.

93-97 67
Аннотация

В статье описаны возможные направления совершенствования выполнения требований Федерального закона  «О транспортной безопасности» № 16-ФЗ от 09.02.2007 на объектах транспортной инфраструктуры метрополитена. Новое постановление Правительства Российской Федерации № 410 от 05.04.2017 «Об утверждении требований по обеспечению транспортной безопасности, в том числе требований к антитеррористической защищенности объектов метрополитена» включает в себя требования к антитеррористической защищенности объектов  (территорий), которые учитывают уровни безопасности различных категорий метрополитенов, конкретизирует  основные требования к оснащению технических средств обеспечения транспортной безопасности. В целях реализации требований регламентирующих документов по обеспечению транспортной безопасности в условиях наличия ограничений (отсутствие возможностей по установке технических средств обеспечения транспортной безопасности на объектах ранней постройки, выполнение требований по сохранению уровня пассажиропотока и пр.)  предлагается подход, изложенный в настоящей статье.

98-104 71
Аннотация

В  статье  показана  актуальность  проведения  работ  по  созданию  радиопрозрачной  бронезащиты  радиотехнических  средств.  Рассмотрена  типичная  конструкция  многослойной  керамической  брони,  раскрыт  механизм  взаимодействия   внешнего   огневого   воздействия   и   бронезащиты.   Отмечена   сложность   выполнения   противоречивых   требований  по  обеспечению  высокой  стойкости  к  огневому  воздействию  при  условии  сохранения  необходимых   радиотехнических  характеристик  и  минимизации  массогабаритных  показателей.  Предложены  специальные  инженерные  решения  для  выполнения  указанных  требований,  в  частности  использование  компенсационных  решеток  в  структуре  материала  радиопрозрачной  бронезащиты.  Приведено  сравнение  некоторых  керамических  материалов  и  броневой  стали  при  использовании  их  в  качестве  основы  радиопрозрачной  брони.  Обоснован  выбор   вычислительной  платформы  с  гетерогенной  архитектурой,  позволяющей  одновременно  задействовать  модули   с  разными  архитектурами  в  различных  конфигурациях,  при  проведении  синтеза  радиопрозрачных  бронестойких   материалов.

105-107 70
Аннотация

В  статье  рассматривается  задача  обнаружения  пласта  земли,  содержащего  полезные  ископаемые.  Описываются  алгоритмы  и  методы  распознавания  полезного  пласта  для  вычислительных  устройств  переносного  типа,  предназначенных  в  помощь  геологу-разведчику  полезных  ископаемых.  Эти  устройства  были  бы  полезны  разведчику   для  определения  направления  хребта,  содержащего  полезные  ископаемые.  С  целью  облегчения  и  повышения   эффективности  поиска  полезных  ископаемых  предлагается  использовать  универсальную  гетерогенную  многопроцессорную   вычислительную   платформу   (МВП),   разработанную   в   АО   «Научно-исследовательский   институт   вычислительных   комплексов   им.   М.  А.  Карцева».   МВП   позволяет   объединять   вычислительные   модули   разных   типов  и  ориентирована  на  высокоскоростную  обработку  данных  большого  объема  для  решения  широкого  круга   задач  гидроакустики,  радиолокации,  геофизики,  поиска  полезных  ископаемых  и  др.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

108-111 75
Аннотация

В  статье  рассматривается  векторное  поле,  которое  характеризует  движение  земной  коры.  Данное  движение  фиксируется с помощью различных современных методов и рассматривается как преобразование, для которого  можно вычислить степень отображения. В начале статьи дается описание различных систем координат и методов фиксации. Затем приведено описание таблиц, в которые заносятся координаты и их изменения во времени.  По этим данным для некоторых регионов может быть построена таблица углов и вычислена степень отображения. Результаты вычислений позволяют сделать выводы о наличии неподвижных точек векторного поля внутри  рассматриваемой области. Такие точки свидетельствуют о накоплении в данной области напряжения в горных  породах, которое в дальнейшем может привести к разрыву –  землетрясению.

112-115 76
Аннотация

В статье рассматривается применение графических процессоров для решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) большой размерности. В качестве аппаратуры для решения СЛАУ использовалась гетерогенная многопроцессорная вычислительная платформа производства НИИВК им. М. А. Карцева, архитектура  которой позволяет объединять модули микропроцессоров общего назначения с модулями графических процессоров.  Приведено  описание  программы  решения  СЛАУ,  разработанной  на  основе  библиотеки  CUBLAS  программного интерфейса CUDA. Предложена методика повышения точности вычислений СЛАУ, основанная на использовании  модифицированного  метода  Гаусса.  Установлено,  что  применение  модифицированного  метода  Гаусса практически не увеличивает время работы программы при существенном повышении точности вычислений. Сделан вывод, что применение графических процессоров при решении СЛАУ позволяет обрабатывать матрицы большего размера по сравнению с использованием микропроцессоров общего назначения.

116-123 70
Аннотация

В статье рассмотрено сравнение вычислительных методов решения нелинейных систем уравнений на примере  задачи расчета пространственной траектории горизонтальной скважины. Отличием предложенных методов является геометрический подход к постановке и решению задачи. Приводятся краткие алгоритмы и описания компьютерных программ для реализации трех геометрических методов: метода «выхода в (n + 1)-мерное пространство», метода с использованием свойств неподвижной точки, а также объединяющего их метода. Применение  каждого  из  указанных  алгоритмов  к  задаче  расчета  пространственной  траектории  горизонтальной  скважины  привело к получению одинаковых решений, совпадающих с результатами вычислений с использованием классических численных методов. Отмечены недостатки и ограничения каждого из трех геометрических методов решения систем уравнений.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

124-129 60
Аннотация

Чтобы синхронизировать сигналы в точках приема в высокоскоростной цифровой электронике, конфигурации  соответствующих трасс на печатной плате должны обеспечивать одинаковые задержки сигналов. Их синхронизация обеспечивается созданием топологических линий задержки, которые реализуются вписыванием меандра  в некоторую область, как правило, –   прямоугольник. В статье анализируется влияние параметров линии задержки и формы вписанного проводника на эффективность использования монтажного пространства. Отмечено, что  системы автоматизированного проектирования предлагают два базовых варианта вписывания меандра в прямоугольную  область:  «аккордеон»  и  «тромбон».  Невозможность  уменьшения  и  нецелесообразность  увеличения  ширины области линии задержки в варианте «тромбон» делают неэффективным его использование в узких или  коротких «коридорах». Поэтому более универсальным и гибким признан вариант «аккордеон». Сделаны выводы  о предпочтительности применения длинных узких областей линий задержки и целесообразности избегать при  автоматическом создании топологических линий задержки очень коротких и слишком узких областей.

130-133 55
Аннотация

Описан процесс улучшения и разработки инструмента в системе автоматизированного проектирования Delta  Design. Современный процесс разработки печатной платы является достаточно сложным и трудоемким. Облегчить получение модели печатной платы позволяют системы автоматизированного проектирования (САПР), предоставляющие мощные инструменты разработки. Вместе с увеличением сложности современных печатных плат  растут также и требования к инструментам разработки, стимулируя их постоянное совершенствование. На примере системы Delta Design описан процесс улучшения инструмента перемещения сегментов трека. Выполнен  анализ достоинств и недостатков существующего инструмента, и обосновано решение о необходимости разработки нового алгоритма. Из двух предложенных вариантов такого алгоритма выбран оптимальный с точки зрения качества получаемого результата и удобства работы.

134-138 56
Аннотация

При трассировке в области компонента с матричным расположением контактов требуется решить две связанные  задачи. Первая –  расстановка двухполюсников под BGA-компонентом с противоположной стороны платы таким  образом,  чтобы  обеспечить  возможность  размещения  максимального  числа  сквозных  межслойных  переходов.  Вторая задача –  расстановка межслойных переходов и назначение перехода каждому контакту или группе эквипотенциальных контактов. Подход к решению первой задачи был ранее предложен авторами. Вторая задача рассматривалась в литературе применительно к нерегулярным BGA-компонентам, однако предложенный метод нуждается в уточнении в части использования информации о расположении эквипотенциальных контактов и назначения им  межслойных переходов. Предлагаемый подход не гарантирует оптимальности решения, поскольку наряду с точными алгоритмами для задач о паросочетаниях и назначениях использует ряд эвристик, но позволяет автоматизировать процесс расстановки фанаутов и, соответственно, существенно снизить трудоемкость трассировки.

РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

139-145 74
Аннотация

Предложен новый тип конструкции однослойного трансрефлектора на основе микрополосковой отражательной  антенной решетки. Разработанное устройство представляет собой однослойную печатную плату, на одной стороне которой расположена система печатных отражателей, а на другой –  поляризационная структура, состоящая  из параллельных металлических проводников. Форма и геометрические размеры печатных отражателей, расположенных по прямоугольной или по гексагональной (треугольной) схеме, выбраны таким образом, чтобы обеспечивать  преобразование  сферического  фронта  падающей  вертикально  поляризованной  электромагнитной  волны в плоский фронт отраженной волны. В случае облучения волной с горизонтальной поляризацией поляризационная  структура  обуславливает  минимальные  потери  электромагнитной  энергии  при  прохождении  через  разработанный трансрефлектор. Приведены результаты моделирования характеристик, в том числе фазовых  кривых, элемента отражательной решетки в диапазоне крайне высоких частот (КВЧ) для различных углов падения волны на исследуемую планарную структуру. На основе полученных результатов определены размеры отражательных элементов трансрефлектора, обеспечивающие коррекцию падающей волны с необходимым фазовым дискретом, построена электродинамическая модель антенны с поворотом плоскости поляризации (АППП).  Проведено моделирование основных характеристик излучения АППП с разработанным однослойным трансрефлектором.

УПРАВЛЕНИЕ, ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА

146-154 88
Аннотация

В  статье  приводится  описание  существующих  информационно-логистических  технологий  (ИЛТ)  и  информационных   систем   управления   (ИСУ).   В   настоящее   время   существуют   некоторые   сложности   с   использованием   ИЛТ   и  ИСУ  в  сфере  оборонно-промышленного  комплекса  (ОПК).  Предприятия  ОПК  нуждаются  в  грамотном  внедрении  и  применении  современных  ИЛТ  и  ИСУ  для  оптимизации  своей  производственно-хозяйственной  деятельности  и  сокращения  издержек  при  выпуске  продукции.  Рассматривается  методология  бережливого  производства   (БП),  основанная  на  применении  ИЛТ.  Концепция  БП  направлена  на  управление  производственным  предприятием  и  используется  для  сокращения  всех  видов  потерь  в  материальных  и  информационных  потоках.  Описывается   опыт  внедрения  БП  в  АО  «ГОЗ  «Обуховский  завод».  Приводятся  примеры  применения  инструментов  БП  при  реализации  производственных  проектов.



ISSN 2218-5453 (Print)
ISSN 2686-7680 (Online)